| 研究課題/領域番号 |
21H01490
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
原田 和典 京都大学, 工学研究科, 教授 (90198911)
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| 研究分担者 |
仁井 大策 京都大学, 工学研究科, 助教 (50414967)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | 木造耐火 / 燃え止まり / 放冷過程 / 給気量 / 炭化深さ / 炭化温度 |
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| 研究実績の概要 |
木材は再生可能で環境に優しい材料であるため、建築物への利用拡大が推進されているが、耐火性が懸念される。盛期火災時には木造部材は表層から炭化が進行し、火災終了後も自己燃焼が継続すると最終的には建物は崩壊する。崩壊防止のためには、盛期火災の加熱に耐えた上で、その後の自己燃焼を自ら停止する「燃え止まり性能」が必要となる。本研究では、燃え止まりメカニズムを解明するため、炭化層の構造や炭の酸化（赤熱）速度を測定し、それに基づいて燃え止まり過程を数値解析モデルにより予測することが目的である。本年度は、主として下記の研究を行った。
（１）燃え止まり予測解析：木造の構造体の燃え止まり予測に関しては、熱伝導解析プログラムに揮発性成分の熱分解反応（木材→可燃ガス＋炭）と炭の酸化反応（炭＋酸素→二酸化炭素）を組み込んだ熱伝導解析を行った。解析と並行して、小型加熱炉を用いた１時間加熱試験によりカラマツ壁の燃え止まり実験を行った。放冷時の炉への給気量を変えて８回の実験を行い、試験体の損傷状況、炭化深さ等を調べ、給気量が換気支配型火災の上限となる場合に放冷時の炉内温度が高いまま推移し、試験体の炭化が深くなることを明らかにした。解析では実験で得られた性状を定性的に再現した。定量的一致を得るため、モデルを引き続き改良する。
（２）炭化層先端位置の定式化：実務的な耐火試験では、加熱後の部材を切断して目視により炭化深さを特定している。これを数値解析に置き換えるためには、火災加熱中の温度履歴と炭化深さの関係を調べておく必要がある。いわゆる炭化温度である。コーンカロリメータ試験でカラマツ材に温度履歴を与えた後に切断し、炭化深さと温度履歴との関係を調べたところ、炭化温度は従来言われている２６０℃よりも約１００℃高いことを明らかにした。
（３）亀裂のモデル化：既往の実験結果を利用して、炭化層の亀裂のモデル化に着手した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
近年は木材需要が急増しているが、林産地の生産体制がこれに追いつかないため、木材需給が逼迫している。いわゆるウッドショックと呼ばれている社会現象である。その影響を受けて試験体の製作に多くの時間を要したが、予定した内容の実験を完了することができた。実験内容および結果については、おおむね年度当初に目標とした内容に沿った結果が得られた。
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| 今後の研究の推進方策 |
基本的な方針については当初計画からの変更はない。本年度の実験結果および基礎物性の測定結果を熱伝導解析モデルに組み込み、木造構造部材の燃え止まり性能の予測を進めていく。特に、雰囲気温度および酸素濃度の影響を考慮した予測モデルへと拡張し、より広範な範囲に適用可能なものを目指す。2022年度には、炭化層の保持限界を明らかにする実験を行ない、そのモデル化を通じて、長時間火災に対する耐火性についての検討も可能とすることを目標とする。
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